DE102018206540A1

DE102018206540A1 - Gewindebohr-Werkzeug und Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung

Info

Publication number: DE102018206540A1
Application number: DE102018206540.3A
Authority: DE
Inventors: Peter Kopton
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gewindebohr-Werkzeug zur Erzeugung einer Gewindebohrung (1) mit Innengewinde (9) in einem Werkstück (5), bei dem in einem Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) in das Werkstück (5) eintreibbar ist, und in einem Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist. Das Gewindebohr-Werkzeug (23) weist zumindest eine Hauptschneide (27a) und zumindest eine Zusatz-Hauptschneide (27b) auf, die in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Drehwinkelversatz (γ) zur Hauptschneide (27a) versetzt ist. Die die Zusatz-Hauptschneide (27b) erstreckt sich bis zu einer Zusatz-Schneidenecke (39b) radial nach außen. Die Zusatz-Schneidenecke (39b) der Zusatz-Hauptschneide (27b) ist um einen Radialversatz (Δy) radial innerhalb der radial äußeren Haupt-Schneidenecke (39a) positioniert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gewindebohr-Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung, insbesondere ein Gewindesackloch, nach dem Anspruch 10.
In einem sogenannten Einschuss-Gewindebohr-Prozess wird mit einem Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug sowohl eine Kernbohrung als auch ein Innengewinde-Schneiden in einem gemeinsamen Werkzeughub durchgeführt. Das Einschuss-Gewindebohr-Werkzeug weist an seiner Bohrerspitze eine Hauptschneide und ein in einer Gewindebohr-Richtung nacheilendes Gewindeprofil mit zumindest einem Gewinde-Schneidzahn auf. In dem Verfahren erfolgen zunächst der Gewindebohr-Hub und anschließend ein dazu gegenläufiger Reversier-Hub. Im Gewindebohr-Hub wird das Werkzeug unter Rotation und mit einer Anpresskraft in das Werkstück eingetrieben. Dadurch erzeugt einerseits die Werkzeug-Hauptschneide die Kernlochbohrung und andererseits das Werkzeug-Gewindeprofil das Innengewinde an der Innenwandung der Kernlochbohrung bis zum Erreichen einer nutzbaren Soll-Gewindetiefe. Hierzu wird im Gewindebohr-Hub das Gewindebohr-Werkzeug bei einem Gewindebohr-Vorschub mit dazu synchronisierter Gewindebohr-Drehzahl betrieben. Im nachfolgenden gegenläufigen Reversier-Hub wird das Gewindebohr-Werkzeug in einer Reversier-Richtung aus der Gewindebohrung herausgeführt, und zwar mit entgegengesetztem Reversier-Vorschub sowie dazu synchronisierter Reversier-Drehzahl.
Beim Gewindebohren ist eine unproblematische Späne-Abfuhr von hoher Relevanz. Die Späne werden im Gewindebohr-Hub erzeugt und in einer zur Gewindebohr-Richtung gegenläufigen Spanabfuhrrichtung aus der Gewindebohrung gefördert. Dabei kollidieren die sich in der Spanabfuhrrichtung bewegenden Späne mit dem hergestellten Innengewinde. Speziell bei einem schwer zerspanbaren Material kann es daher am Innengewinde des Werkstückes zu einem Materialabrieb kommen, der zu Innengewinde-Fehlstellen führt. Solche Fehlstellen können wiederum das Setzverhalten eines in das Innengewinde verschraubten Schraubelementes beeinträchtigen.
Zudem ist im Gewindebohr-Hub die stirnseitige, querverlaufende Hauptschneide einer großen Schneidenbelastung ausgesetzt. Beim Gewindebohren schneidet die Hauptschneide mit einer Schnittgeschwindigkeit, deren Größe durchmesserabhängig ist, in das Material des Werkstückes. Die Schnittgeschwindigkeit ist somit im Hauptschneiden-Querverlauf nicht konstant. Vielmehr reduziert sich die Schnittgeschwindigkeit im Hauptschneiden-Querverlauf von radial außen nach radial innen. Entsprechend ist am radial inneren Abschnitt der Hauptschneide die Schnittgeschwindigkeit eher gering, wodurch sich die Schneidenbelastung in der Anpresskraft-Richtung erhöht, was zu einer plastischen Deformation im Bereich der Bohrerspitze führen kann.
Aus der DE 38 80 394 T2 ist ein kombiniertes Werkzeug zum Bohren eines Loches und zum Gewindeschneiden bekannt. Mit dem Gewindebohr-Werkzeug wird zunächst eine Kernlochbohrung erzeugt. Anschließend wird das Gewindebohr-Werkzeug mit seiner Werkzeugachse in einer Kreisbahn um die Bohrungsachse bewegt, und zwar unter Rotation des Gewindebohr-Werkzeuges, wodurch das Gewindeprofil ein Innengewinde in der Kernlochbohrung erzeugt. Aus der EP 2 205 385 B1 sind ein Bohrmeissel und eine Reibe bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gewindebohr-Werkzeug sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung in einem Werkstück bereitzustellen, mit dem eine dauerhaft betriebssichere Schraubverbindung gewährleistet ist und der Gewindebohr-Hub mit im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Vorschubraten erfolgen kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Gewindebohr-Werkzeug zumindest eine Zusatz-Hauptschneide auf, die in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Drehwinkelversatz zur Hauptschneide versetzt ist. Die Zusatz-Hauptschneide erstreckt sich bis zu einer Zusatz-Schneidenecke radial nach außen. Diese Zusatz-Schneidenecke ist um einen Radialversatz radial innerhalb der radial äußeren Haupt-Schneidenecke positioniert. An der stirnseitigen Zusatz-Hauptschneide laufen die, die Spannut begrenzende Spanfläche und eine stirnseitige Freifläche der Bohrerspitze zusammen. Mit Hilfe der Zusatz-Hauptschneide kann im Gewindebohr-Hub die Schneidenbelastung in der Anpresskraft-Richtung reduziert werden, wodurch das Risiko einer plastischen Deformation im Bereich der Bohrerspitze verringert ist.
In einer technischen Umsetzung können sich sowohl die Hauptschneide als auch die Zusatz-Hauptschneide mit gleichem Spitzenwinkel von der Bohrerspitze konusartig radial nach außen erstrecken. Sowohl die Hauptschneide als auch die Zusatz-Hauptschneide können, in der Werkzeug-Längsrichtung betrachtet, auf gleicher Höhe ohne Axialversatz positioniert sind.
Eine unproblematische Span-Abfuhr ist während des Gewindebohr-Hubs von hoher Relevanz. Vor diesem Hintergrund kann die Spannut in der Werkzeug-Umfangsrichtung mittels eines Spannut-Teilerstegs in zwei Teil-Spannuten aufgeteilt sein. Mittels des Spannut-Teilerstegs wird eine verbesserte Späne-Führung bereitgestellt. Dadurch können die Späne im Gewindebohr-Hub verzögerungsfrei aus der Gewindebohrung herausgeführt werden. Der Spannut-Teilersteg und der Bohrersteg können sich in der Werkzeug-Längsrichtung, insbesondere wendelförmig, erstrecken. Der Bohrersteg und der Spannut-Teilersteg können in der Werkzeug-Umfangsrichtung über eine der Teil-Spannuten voneinander beabstandet sein.
Zur weiteren Verbesserung des Späne-Abtransports ist es bevorzugt, wenn eine radial äußere Rückenfläche des Spannut-Teilerstegs um einen Radialversatz radial innerhalb der Rückenfläche des Bohrerstegs positioniert ist. Die radial äußere Rückenfläche des Spannut-Teilerstegs kann ohne Gewindeprofil ausgebildet sein. Der Späne-Abtransport kann weiter verbessert werden, indem sich der Späne-Durchlassquerschnitt der Spannut im Nutverlauf von der Bohrerspitze in Richtung auf den Spannschaft unter Querschnitts-Erhöhung ausweitet.
Im Gewindebohr-Hub sind der Gewindebohr-Vorschub und die damit synchronisierte Gewindebohr-Drehzahl so aufeinander abgestimmt, dass der erzeugte Gewindegang des Innengewindes mit einer vordefinierten Gewindebohr-Gewindesteigung aufweist. Analog dazu sind auch im Reversier-Hub der Reversier-Vorschub und die damit synchronisierte Reversier-Drehzahl so aufeinander abgestimmt, dass sich eine Reversier-Gewindesteigung ergibt. Die Reversier-Gewindesteigung kann je nach Einstellung der vorgenannten Parameter identisch sein mit der Gewindebohr-Gewindesteigung oder gegebenenfalls auch davon unterschiedlich sein. Beispielhaft kann im Gewindebohr-Hub dem Innengewinde eine erste Steigung (das heißt Gewindebohr-Gewindesteigung) aufgeprägt werden, während im Reversier-Hub dem Innengewinde eine dazu unterschiedliche zweite Gewindesteigung (das heißt Reversier-Gewindesteigung) aufgeprägt wird. Die Reversier-Gewindesteigung und die Gewindehub-Gewindesteigung können so aufeinander abgestimmt werden, dass sich insgesamt ein belastungsoptimiertes Innengewinde-Profildesign ergibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform folgt nach dem Gewindebohr-Hub nicht unmittelbar der Reversier-Hub, sondern folgt vielmehr ein Nutformschritt, bei dem eine an das Innengewinde anschließende Umlaufnut ohne Gewindesteigung gebildet wird, in der das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeuges belastungsfrei drehen kann. Auf diese Weise kann die Gewindebohr-Drehzahl bis auf 0 reduziert werden, ohne dass es aufgrund von übermäßig großer Schneidenbelastung zu einem Werkzeugbruch oder zu einem Ausbrechen des Gewindeprofils kommt.
Das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs kann später beschriebene Gewindeprofilzähne aufweisen. Die Gewindeprofilzähne können jeweils als Formzahn (mit entsprechenden Formkanten) oder als Schneidzahn (mit entsprechenden spanabhebenden Schneidkanten) oder als eine Kombination daraus ausgebildet sein.
Wie oben erwähnt, kann das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs in der im Nutformschritt erzeugten Umlaufnut ohne Gewindesteigung belastungsfrei drehen. Durch die Bereitstellung der Umlaufnut wird es außerdem ermöglicht, dass das Gewindebohr-Werkzeug mit einer Schneidkante eine umlaufende Gewindesenkung in der Bohrungsöffnung der Gewindebohrung erzeugt. Die umlaufende Gewindesenkung kann also während des obigen Nutformschrittes erzeugt werden.
In einer technischen Umsetzung kann der Gewindebohr-Hub in der Gewindebohr-Richtung unmittelbar mit einem Nutform-Hub verlängert werden. In diesem Fall wird das Gewindebohr-Werkzeug über die Soll-Gewindetiefe hinaus bis zum Erreichen einer Soll-Bohrungstiefe bewegt, und zwar mit einem Nutform-Vorschub sowie einer Nutform-Drehzahl, die zueinander nicht synchronisiert sind und/oder unterschiedlich zum Gewindebohr-Vorschub und zur Gewindebohr-Drehzahl sind.
Bevorzugt ist es, wenn am Ende des Nutformschrittes das Gewindeprofil, in der Axialrichtung betrachtet, vollständig in der Umlaufnut der Gewindebohrung belastungsfrei drehen kann. Die Umlaufnut wird während des Nutform-Hubes mit Hilfe der Hauptschneide sowie des Werkzeug-Gewindeprofils am Gewindebohr-Werkzeug erzeugt.
Bei Erreichen der Soll-Bohrungstiefe wird der Nutform-Vorschub auf 0 reduziert. Gleichzeitig wird auch die Nutform-Drehzahl auf 0 reduziert, um die für den Reversier-Hub erforderliche Drehrichtungsumkehr zu ermöglichen.
Beim Start des Reversier-Hubes kann das Gewindebohr-Werkzeug so angesteuert, dass das Werkzeug-Gewindeprofil nicht belastungsfrei, sondern unter spanabhebender bzw. formender Belastung in den Gewindegang-Auslauf eingefahren werden kann, der in die Umlaufnut einmündet. Anschließend wird das Gewindebohr-Werkzeug in einer zur Gewindebohr-Richtung gegenläufigen Reversier-Richtung aus der Gewindebohrung herausgeführt, und zwar mit einem Reversier-Vorschub sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl, wodurch das Werkzeug-Gewindeprofil unter Materialabtrag (das heißt unter Fertigstellung der Späne zugewandten Gewindeflanken auf das Fertigmaß) aus der Gewindebohrung herausgedreht werden kann. Alternativ dazu kann das Werkzeug-Gewindeprofil im Reversier-Hub auch belastungsfrei aus dem Innengewinde der Gewindebohrung herausgedreht werden.
Während der Durchführung des Gewindebohr-Hubes, des Nutform-Hubes und des Reversier-Hubes bleiben bevorzugt die Kernbohrungs-Längsachse und die Rotationsachse des Gewindebohr-Werkzeuges durchgängig koaxial zueinander ausgerichtet.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Gewindebohr-Werkzeug zwei Bohrerstege aufweisen, die um 180° in der Bohrer-Umfangsrichtung versetzt sind. Jeder dieser Bohrerstege ist zumindest mit einem Gewinde-Schneidzahn ausgebildet. Die Gewinde-Schneidzähne sind bevorzugt nicht mit gleicher Schneiden-Geometrie ausgebildet, sondern vielmehr unterschiedlich ausgeführt. Beispielhaft können in der Bohrer-Umfangsrichtung hintereinander ein Vorschneidzahn und ein Fertigbearbeitungszahn unterschiedlicher Schneiden-Geometrie am Bohrer ausgebildet sein. Die Schneidzähne sind in der Axialrichtung zueinander versetzt am Gewindebohr-Werkzeug ausgebildet. Deren Versatzmaße sind so mit der Gewindebohr-Drehzahl und mit dem Gewindebohr-Vorschub abgestimmt, dass ein einwandfreies Gewindeschneiden gewährleistet ist.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann sich an das Innengewinde der Gewindebohrung die Umlaufnut anschließen. Diese erfüllt die folgende Doppelfunktion: Erstens kann während der Gewindeherstellung das Gewindeprofil des Gewindebohr-Werkzeugs belastungsfrei in der Umlaufnut drehen. Zweitens bildet die Umlaufnut beim Verschrauben einer Befestigungsschraube einen Ausgleichsraum, der Schraubenlängen-Toleranzen der Befestigungsschraube kompensiert. Die Schraubenlänge einer solchen Befestigungsschraube ist herstellungsbedingt stark toleranzbehaftet. Mit Hilfe der Umlaufnut kann die toleranzbehaftete Befestigungsschraube prozesssicher verschraubt werden, ohne dass die Gewindetiefe der Gewindebohrung erhöht werden muss, wie es im Stand der Technik erforderlich wäre.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 in einer Seitenschnittdarstellung ein in einem Werkstück ausgebildetes Gewindesackloch;
2 in einer Ansicht von vorne ein Gewindebohr-Werkzeug;
3 und 4 jeweils unterschiedliche Seitenansichten sowie Schnittdarstellungen des Gewindebohr-Werkzeugs; und
5 bis 8 jeweils Ansichten, die Verfahrensschritte zur Erzeugung des in der 1 gezeigten Gewindesackloches veranschaulichen.

In der 1 ist eine fertiggestellte Gewindesackloch-Bohrung 1 gezeigt. Die Bohrung 1 ist mit ihrem Bohrungsgrund 3 bis zu einer Soll-Bohrtiefe t_B in ein Werkstück 5 mittels einer sogenannten Einschuss-Bohrbearbeitung eingearbeitet, die später anhand der 5 bis 8 erläutert wird. Die Bohrung 1 weist an ihrer Bohrungsöffnung eine umlaufende Gewindesenkung 7 auf, die im weiteren Verlauf nach unten in ein Innengewinde 9 übergeht. Das Innengewinde 9 erstreckt sich entlang der Bohrungsachse A bis zu einer nutzbaren Soll-Gewindetiefe t_G . Wie aus der 1 weiter hervorgeht, mündet ein Gewindegang 15 des Innengewindes 9 mit einem Gewindeauslauf 11 in einer Umlaufnut 13. Diese weist keine Gewindesteigung auf und ist, in der Axialrichtung betrachtet, zwischen dem Innengewinde 9 und dem Bohrungsgrund 3 ausgebildet. Der Gewindegang 15 weist einen radial äußeren Gewindegrund 17 sowie seitliche obere und untere Gewindeflanken 18, 19 auf, die radial innen in einen Gewinde-Innenscheitel 21 übergehen.
Die in der 1 gezeigte Gewindesackloch-Bohrung 1 wird mit Hilfe eines nachfolgend anhand der 2 bis 4 beschriebenen Gewindebohr-Werkzeugs 23 durchgeführt.
Wie aus der 2 hervorgeht, ist das Gewindebohr-Werkzeug 23 an seiner Bohrerspitze 25 vierschneidig ausgeführt, und zwar mit zwei um 180° zueinander umfangsversetzten stirnseitigen Hauptschneiden 27a und zwei in der Werkzeug-Umfangsrichtung dazwischen angeordneten Zusatz-Hauptschneider 27b. Deren Schneiden-Geometrie sowie Funktionsweise während des Gewindebohr-Hubs G werden später beschrieben. Zudem weist das Gewindebohr-Werkzeug 23 ein Gewindeprofil 29 auf, das in der Gewindebohrrichtung I (5 oder 6) den beiden Hauptschneiden 27a und den Zusatz-Hauptschneiden 27b nacheilt.
Die beiden Zusatz-Hauptschneiden 27b sind in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Drehwinkelversatz γ (2) von 90° zur jeweiligen Hauptschneide 27a umfangsversetzt. Jede der Zusatz-Hauptschneiden 27b erstreckt sich bis zu einer Zusatz-Schneidenecke 39b radial nach außen.
Das Werkzeug 23 ist mit einem Spannschaft 24 (3 oder 5) sowie einem daran anschließenden Gewindebohr-Körper 26 aufgebaut. Gemäß der 2 erstrecken sich entlang der Werkzeugachse A insgesamt zwei umfangsseitig verteilte Spannuten 28 bis zu der jeweiligen stirnseitigen Hauptschneide 27a an der Bohrerspitze 25.
An jeder Hauptschneide 27a läuft eine die Spannut 28 begrenzende Spanfläche 31 und eine stirnseitige Freifläche 33a der Bohrerspitze 25 zusammen. In der Werkzeug-Umfangsrichtung ist die jeweilige Spannut 28 durch einen Bohrersteg 35 begrenzt. Insgesamt weist das in den Figuren gezeigte Gewindebohr-Werkzeug 23, wie bereits oben erwähnt, zwei Bohrerstege 35 auf. Die Spanfläche 31 der jeweiligen Spannut 28 geht dabei unter Bildung einer Nebenschneide 36 in eine außenumfangsseitige Rückenfläche 37a des jeweiligen Bohrerstegs 35 über. Die Nebenschneide 36 und die stirnseitige Hauptschneide 27a laufen an einer radial äußeren Haupt-Schneidenecke 39a zusammen.
An den außenumfangsseitigen Rückenflächen 37a der beiden Bohrerstege 35 weist das Gewindeprofil 29 jeweils einen Vorschneidzahn 42 einen Fertigschneidzahn 43 auf. Die Schneidzähne 42, 43 sind in unterschiedlichen Geometrien ausgeführt sowie mit unterschiedlichen Axialabständen Δa (nur in der 5 angedeutet) von der Bohrerspitze 25 beabstandet, um den in der 1 gezeigten Gewindegang 15 des Innengewindes 9 zu schneiden. Zudem können die Vor- und Fertigschneidzähne 42, 43 in der Radialrichtung unterschiedliche Zahnhöhen Δr₁ , Δr₂ (2) aufweisen.
Das Gewindebohr-Werkzeug 23 weist zudem am Übergang zwischen dem Werkzeug-Grundkörper 54 und dem Spannschaft 24 (3) eine Schneidkante 49 zur Bildung der in der 1 gezeigten Gewindesenkung 7 auf.
Wie aus der 2 weiter hervorgeht, erstrecken sich die Zusatz-Hauptschneiden 27b bis zu den Zusatz-Schneidenecken 39b radial nach außen. An jeder der stirnseitigen Zusatz-Hauptschneider 27b laufen die, die Spannut 28 begrenzende Spanfläche 31 und eine stirnseitige Freifläche 33b der Bohrerspitze 25 zusammen.
Die Zusatz-Schneidenecke 39b der Zusatz-Hauptschneide 27b ist um einen Radialversatz Δy (2) radial innerhalb der radial äußeren Haupt-Schneidenecke 39a positioniert. Sowohl die Hauptschneide 27a als auch die Zusatz-Hauptschneide 27b erstrecken sich mit gleichem Spitzenwinkel β ( 3) von der Bohrerspitze 25 konusartig nach radial außen. Der Spitzenwinkel β ist in der 3 zwischen einer Querebene, in der die Bohrerspitze 25 liegt, und der Hauptschneide 27a bzw. der Zusatz-Hauptschneide 27b aufgespannt. Zudem sind sowohl die Hauptschneide 27a als auch die Zusatz-Hauptschneide 27b, in der Werkzeug-Längsrichtung betrachtet, auf gleicher Höhe ohne Axialversatz positioniert.
In der Schnittdarstellung der 4a ist jede der Spannuten 28 in der Werkzeug-Umfangsrichtung mittels eines Spannut-Teilerstegs 34 in zwei Teil-Spannuten 28a, 28b aufgeteilt. Der Spannut-Teilersteg 34 und der Bohrersteg 35 erstrecken sich in der Werkzeug-Längsrichtung wendelförmig. Zudem sind der Bohrersteg 35 und der Spannut-Teilersteg 34 in der Werkzeug-Umfangsrichtung über jeweils eine der Teil-Spannuten 28a, 28b voneinander beabstandet. In der 4a weist jeder der Spannut-Teilerstege 34 eine Steghöhe h_s auf, die kleiner als die Steghöhe des Bohrerstegs 35 ist. Daher ist eine radial äußere Rückenfläche 37b des Spannut-Teilerstegs 34 in der 4a um einen Radialversatz radial innerhalb der Rückenfläche 37a des Bohrerstegs 35 positioniert. Die radial äußere Rückenfläche 37b des Spannut-Teilerstegs 34 ist ohne Gewindeprofil 29 ausgebildet.
Die Steghöhe h_s der Spannut-Teilerstege 34 ist entlang der Bohrer-Längsachse B nicht konstant. Vielmehr reduziert sich die Steghöhe h_s der Spannut-Teilerstege 34 in Richtung auf den Spannschaft 24. In der 3 ist die Steghöhe h_s auf Höhe der Schnittebene B-B bereits bis auf null reduziert, wie es auch aus der 4b hervorgeht.
Nachfolgend wird anhand der 5 bis 8 das Verfahren zur Erzeugung der in der 1 gezeigten Gewindesackloch-Bohrung 1 beschrieben: Demzufolge wird in der 5 das Gewindebohr-Werkzeug 23 in einer Gewindebohr-Richtung I auf das noch nicht vorgebohrte Werkzeug 5 geführt und eine Einschuss-Bohrung durchgeführt. In einem Gewindebohr-Hub G erzeugen die Hauptschneiden 27a eine Kernlochbohrung und das nacheilende Gewindeprofil 29 das Innengewinde 9 an der Innenwandung der Kernlochbohrung. Der Gewindebohr-Hub G erfolgt bei einem Gewindebohr-Vorschub f_G und bei damit synchronisierter Gewindebohr-Drehzahl n_G in einer Gewindebohr-Drehrichtung, und zwar bis die Soll-Gewindetiefe t_G erreicht ist ( 6).
Unmittelbar anschließend wird ein Nutformschritt (7) durchgeführt, bei dem der Gewindebohr-Hub G in der Gewindebohr-Richtung I um einen Nutform-Hub N verlängert wird. Im Unterschied zum Gewindeform-Hub G sind im Nutform-Hub H der Nutform-Vorschub f_N und die Nutform-Drehzahl n_N des Gewindebohr-Werkzeugs 23 nicht zueinander synchronisiert sowie unterschiedlich zum vorangegangenen Gewindebohr-Vorschub f_G und zur Gewindebohr-Drehzahl n_G .
Auf diese Weise erzeugt das Gewindeprofil 29 die in der 7 gezeigte Umlaufnut 13, in der das Gewindeprofil 29 belastungsfrei drehen kann. Der Nutform-Vorschub f_N sowie die Nutform-Drehzahl n_N sind so ausgelegt, dass eine übermäßig große Schneidenbelastung der Schneidzähne 42, 43 verhindert ist.
Bei Erreichen der Soll-Bohrungstiefe t_B wird sowohl der Nutform-Vorschub f_N als auch die Nutform-Drehzahl n_N auf 0 reduziert. Anschließend erfolgt zur Vorbereitung eines Reversier-Hubes R (8) eine Drehrichtungsumkehr. Im Reversier-Hub R (8) wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 in einer Reversier-Richtung II (8) aus der Gewindebohrung 1 herausgeführt, und zwar mit einem entgegengesetzten Reversier-Vorschub f_R sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl n_R . Diese Parameter sind so bemessen, dass das Gewindeprofil 29 des Gewindebohr-Werkzeugs 23 belastungsfrei oder unter spanabhebender Belastung im Gewindegang 15 des Innengewindes 9 aus der Gewindebohrung 1 geführt wird.
Beim Start des Reversier-Hubes R wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 von der Fertigungsanlage so angesteuert, dass die Schneidzähne 41, 42, 43 jeweils belastungsfrei oder spanabhebend in den Gewindegang-Auslauf 11, der in die Umlaufnut 13 mündet, eingefahren werden. Im weiteren Verlauf des Reversier-Hubes R wird das Gewindeprofil 29 des Gewindebohr-Werkzeugs 23 dann durch den Gewindegang 15 des Innengewindes 9 nach außen herausgedreht.
In der 9 ist der in der 6 veranschaulichte Gewindebohr-Hub G detailliert dargestellt. Demzufolge wird das Gewindebohr-Werkzeug 23 mit dem vordefinierten Gewindebohr-Vorschub f_G sowie mit der damit synchronisierten Gewindebohr-Drehzahl n_G in der Gewindebohr-Richtung I in das Werkstück 5 eingetrieben. Dabei werden Späne 51 erzeugt, die in einer zur Gewindebohr-Richtung I gegenläufigen Spanabfuhrrichtung S aus der Gewindebohrung 1 gedrückt werden. Die Späne 51 werden zunächst entlang im Bohrkopf 50 ausgebildeten Spannuten 28 in den radial innenliegenden Spanraum 55 des Bohrerschafts 53 geführt, und durch den Spanraum 55 weiter in der Späneabfuhrrichtung S nach außen geführt.
Durch entsprechende Einstellung des Reversier-Vorschubes f_R und der damit synchronisierten Reversier-Drehzahl r_R ergibt sich im Reversier-Hub R eine Reversier-Gewindesteigung α_R für die spänezugewandten Gewindeflanken 19 im Innengewinde 9. Die Reversier-Gewindesteigung α_R der spänezugewandten Gewindeflanke 19 kann identisch zu der Gewindebohr-Gewindesteigung α_G sein oder davon unterschiedlich, um gegebenenfalls ein belastungsoptimiertes Innengewinde-Design zu erzielen.
Auf diese Weise können unterschiedliche Flankendurchmesser bei unterschiedlichen Legierungen des Werkstückes 5 eingestellt werden, wobei der jeweilige Flankendurchmesser jeweils speziell an die eingesetzte Werkstück-Legierung angepasst ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Gewindezähne des Gewindeprofils im Rahmen einer Werkzeug-Nachbearbeitung nachzuschleifen. In diesem Fall würde sich der Axialversatz vergrößern, um den das Werkzeug im Nutformschritt zu Beginn des Reversier-Hubes R in Axialrichtung zu verstellen ist, um einen entsprechenden Materialeingriff in die spänezugewandten Gewindeflanken 19 zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3880394 T2 [0005]
EP 2205385 B1 [0005]

Claims

Gewindebohr-Werkzeug zur Erzeugung einer Gewindebohrung (1) mit Innengewinde (9) in einem Werkstück (5), bei dem in einem Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) in das Werkstück (5) eintreibbar ist, und in einem Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist, wobei das Gewindebohr-Werkzeug (23) einen Spannschaft (24) und einen daran anschließenden Gewindebohr-Körper (26) aufweist, entlang dessen Längsachse (A) sich zumindest eine Spannut (28) bis zu einer stirnseitigen Hauptschneide (27a) an der Bohrerspitze (25) erstreckt, an welcher Hauptschneide (27a) eine die Spannut (28) begrenzende Spanfläche (31) und eine stirnseitige Freifläche (33a) der Bohrerspitze (25) zusammenlaufen, wobei in der Werkzeug-Umfangsrichtung die Spannut (28) durch zumindest einen Bohrersteg (35) begrenzt ist und die Spanfläche (31) der Spannut (28) unter Bildung einer Nebenschneide (36) in eine außenumfangsseitige Rückenfläche (37a) des Bohrerstegs (35) übergeht, und wobei die Nebenschneide (36) und die stirnseitige Hauptschneide (27a) an einer radial äußeren Haupt-Schneidenecke (39a) zusammenlaufen, wobei an der außenumfangseitigen Rückenfläche (37a) des Bohrerstegs (35) ein Gewindeprofil (29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindebohr-Werkzeug (23) zumindest eine Zusatz-Hauptschneide (27b) aufweist, die in der Werkzeug-Umfangsrichtung um einen Drehwinkelversatz (γ) zur Hauptschneide (27a) versetzt ist, und dass die Zusatz-Hauptschneide (27b) sich bis zu einer Zusatz-Schneidenecke (39b) radial nach außen erstreckt, und dass die Zusatz-Schneidenecke (39b) der Zusatz-Hauptschneide (27b) um einen Radialversatz (Δy) radial innerhalb der radial äußeren Haupt-Schneidenecke (39a) positioniert ist.
Gewindebohr-Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Hauptschneide (27a) als auch die Zusatz-Hauptschneide (27b) mit gleichem Spitzenwinkel (β) von der Bohrerspitze (25) sich nach radial außen erstrecken, und/oder dass sowohl die Hauptschneide (27a) als auch die Zusatz-Hauptschneide (27b), in der Werkzeug-Längsrichtung betrachtet, auf gleicher Höhe ohne Axialversatz positioniert sind.
Gewindebohr-Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der stirnseitigen Zusatz-Hauptschneide (27b) die, die Spannut (28) begrenzende Spanfläche (31) und eine stirnseitige Freifläche (33b) der Bohrerspitze (25) zusammenlaufen.
Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannut (28) in der Werkzeug-Umfangsrichtung mittels eines Spannut-Teilerstegs (34) in zwei Teil-Spannuten (28a, 28b) aufgeteilt ist, und/oder dass sich der Spannut-Teilersteg (34) und der Bohrersteg (35) in der Werkzeug-Längsrichtung, insbesondere wendelförmig, erstrecken, und/oder dass der Bohrersteg (35) in der Werkzeug-Umfangsrichtung über eine der Teil-Spannuten (28a, 28b) vom Spannut-Teilersteg (34) beabstandet ist, und/oder dass der Spannut-Teilersteg (34) eine Steghöhe (h_s) aufweist, die kleiner als die Steghöhe des Bohrerstegs (35) ist, und/oder dass sich die Steghöhe (h_s) des Spannut-Teilerstegs (34) in Richtung auf den Spannschaft (24), insbesondere bis auf null, reduziert.
Gewindebohr-Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine radial äußere Rückenfläche (37b) des Spannut-Teilerstegs (34) um einen Radialversatz radial innerhalb der Rückenfläche (37a) des Bohrerstegs (35) positioniert ist, und/oder dass die radial äußere Rückenfläche (37b) des Spannut-Teilerstegs (34) ohne Gewindeprofil (29) ausgebildet ist.
Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewindeprofil (29) des Gewindebohr-Werkzeugs (23) Gewindeprofilzähne (42, 43) aufweist, und dass die Gewindeprofilzähne (42, 43) jeweils als Formzahn (mit entsprechenden Formkanten) oder als Schneidzahn (mit entsprechenden spanabhebenden Schneidkanten) oder als eine Kombination daraus ausgebildet ist.
Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Späne-Durchlassquerschnitt der Spannut (28) im Nutverlauf von der Bohrerspitze (25) in Richtung auf den Spannschaft (24) unter Querschnitts-Erhöhung ausweitet.
Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gewindebohr-Hub (G) das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit einem Gewindebohr-Vorschub (f_G) in der Gewindebohr-Richtung (I) und mit einer damit synchronisierten Gewindebohr-Drehzahl (n_G) in das Werkstück (5) eintreibbar ist und die Werkzeug-Hauptschneide (27a) eine Kernlochbohrung erzeugt sowie das Werkzeug-Gewindeprofil (29) das Innengewinde (9) an der Innenwandung der Kernlochbohrung bildet, und/oder dass im Reversier-Hub (R) das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit entgegengesetztem Reversier-Vorschub (f_R) sowie damit synchronisierter Reversier-Drehzahl (n_R) in der Reversier-Richtung (II) aus der Gewindebohrung (1) herausführbar ist, so dass das Werkzeug-Gewindeprofil (29) im Gewindegang (15) des Innengewindes (9) aus der Gewindebohrung (1) führbar ist, und/oder dass im Gewindebohr-Hub (G) Späne (51) erzeugt werden, die in einer zur Gewindebohr-Richtung (I) gegenläufigen Spanabfuhrrichtung (S) aus der Gewindebohrung (1) gefördert werden.
Gewindebohr-Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gewindebohr-Hub (G) und dem Reversier-Hub (R) ein Nutformschritt erfolgt, bei dem der Gewindebohr-Hub (G) in der Gewindebohr-Richtung (I) um einen Nutform-Hub (N) verlängert wird, und zwar unter Bildung einer an das Innengewinde (9) anschließenden Umlaufnut (13) ohne Gewindesteigung, in der das Gewindeprofil (29) des Innengewindes (9) belastungsfrei drehen kann, und/oder dass durch die Bereitstellung der Umlaufnut (13) es außerdem ermöglicht ist, dass das Gewindebohr-Werkzeug (23) mit einer Schneidkante (49) eine umlaufende Gewindesenkung (7) in der Bohrungsöffnung der Bohrung (1) erzeugt, wobei die umlaufende Gewindesenkung (7) während des obigen Nutformschrittes erzeugt wird.
Verfahren zur Erzeugung einer Gewindebohrung (1) in einem Werkstück (5) mittels eines Gewindebohr-Werkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.